土質(zhì)因素對TRD防滲墻工作性能影響的機(jī)理分析

邢政華 顧海榮 劉東華 芮凱軍 張 鵬 李俊才

(1.江蘇送變電有限公司，江蘇 南京 211102； 2.南京工業(yè)大學(xué)交通運輸工程學(xué)院，江蘇 南京 210009)

0 引言

水泥土防滲墻是一種常見的大壩圍堰、庫岸堤壩和地下工程的止水帷幕結(jié)構(gòu)。TRD,CSM工法等眾多新型水泥土防滲墻施工不僅攪拌水平層面土體，而且混合拌不同地層的土體[1,2]。原位土體發(fā)生混合后，既可能含有小顆粒的粘土也可能含有大粒徑的砂礫，這些土質(zhì)變化對于水泥土防滲墻工程性質(zhì)影響的關(guān)鍵因素。

水泥土固化機(jī)理受加固土體性質(zhì)差異的影響復(fù)雜得多，本文將系統(tǒng)研究水泥混合土滲透系數(shù)，討論土質(zhì)因素對水泥混合土工程性能的影響，采用級配分析方法來揭示不同水泥混合土工程性能明顯差異的機(jī)理。

1 試驗方法與方案

1.1 工程概況

工程場地位于武漢市青山區(qū)，鄰近長江右岸堤壩，地層存在較厚強(qiáng)透水層，場地土層分布及其物理力學(xué)性質(zhì)如表1所示。基坑距離長江右岸堤壩25 m，面積約為12 350 m2，周長約420 m，挖深約15 m，采用TRD工法等厚度水泥土防滲墻作為落底式止水帷幕。

1.2 土樣采集

結(jié)合工程現(xiàn)場的地層條件選取了細(xì)砂、粉質(zhì)粘土、粘土三種土樣。土樣粒度成分是影響土體性質(zhì)的重要指標(biāo)，土樣粒度分析采用濕法粒度分析，使用南京工業(yè)大學(xué)現(xiàn)代分析中心的Microtrac S3500激光粒度分析儀。粒度分析結(jié)果如表1所示，三種土樣級配曲線如圖1所示，三種土樣中，細(xì)砂的級配曲線與Fuller最密級配曲線最為接近，而粉質(zhì)粘土與粘土的級配曲線與Fuller曲線差異較大。

表1 土樣粒度分析結(jié)果

1.3 試樣制備

水泥土試樣制備，固化劑選用42.5級普通硅酸鹽水泥，水灰比取1.2。按照J(rèn)GJ/T 233—2011水泥土配合比設(shè)計規(guī)程的有關(guān)規(guī)定，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗試件采用立方體試模(7.07 cm)；滲透試驗試件則采用截頭圓錐形試模(上徑7 cm，下徑8 cm，高3 cm)，每種規(guī)格試樣制備3個平行樣。

1.4 試驗方法

水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度采用數(shù)顯式壓力試驗機(jī)進(jìn)行測定，加載速率控制在0.15 kN/s左右，破壞荷載讀數(shù)精確至0.01 kN。水泥土滲透系數(shù)采用專門用于水泥土滲透系數(shù)測定的TJSS-25型水泥土滲透試驗儀。該設(shè)備滿足JGJ/T 233—2011水泥土配合比設(shè)計規(guī)程實驗要求[3]，利用反壓力對水泥土滲透加壓，水頭差可以控制，且可獲得較高水頭壓力，從而能夠測定弱透水或不透的水泥土的滲透系數(shù)。

根據(jù)工程現(xiàn)場的地層位置關(guān)系，細(xì)砂、粉質(zhì)粘土、粘土的相互混合按照不同組合配比，模擬TRD工法攪拌形成混合土，開展水泥混合土的工程性能試驗研究。

2 滲透系數(shù)

水泥混合土不同試驗方案條件下的滲透系數(shù)如表2所示。水泥摻入量相同，不同土質(zhì)水泥混合土的滲透系數(shù)均相差較大，而且，相同土質(zhì)，不同配合比的水泥混合土的滲透系數(shù)也存在差異。

表2 水泥混合土滲透系數(shù)

圖2為細(xì)砂與粉質(zhì)粘土混合土的水泥混合土滲透系數(shù)與兩種土質(zhì)配比關(guān)系圖。兩種土樣配比變化，水泥混合土的工程性質(zhì)并不是簡單地隨著某一種土含量變化而規(guī)律性變化的。水泥混合土的k值大致分布于細(xì)砂質(zhì)水泥土與粉質(zhì)粘土質(zhì)水泥土之間，25%細(xì)砂+75%粉質(zhì)粘土配比的水泥混合土，滲透系數(shù)較細(xì)砂質(zhì)水泥土下降了26%，但卻比粉質(zhì)粘土質(zhì)水泥土提高了1.91倍，可得出混合土中滲透性較大的組分對水泥混合土土滲透性起到控制作用。

圖3為不同土質(zhì)組合的水泥混合土滲透系數(shù)與兩種土質(zhì)組合關(guān)系圖。當(dāng)混合土質(zhì)中兩種土質(zhì)含量相同時，不同土質(zhì)組合的水泥混合土滲透性規(guī)律則大致相似，即受混合土質(zhì)中滲透系數(shù)較大的土質(zhì)所控制，當(dāng)然水泥水化物也能改善土體的孔隙結(jié)構(gòu)，影響滲透系數(shù)的基本量級。

3 結(jié)語

本文系統(tǒng)研究水泥混合土的滲透系數(shù)，討論土質(zhì)因素對TRD防滲墻工作性能的影響，當(dāng)混合土質(zhì)級配曲線偏離Fuller曲線時，滲透系數(shù)變化則受滲透性較強(qiáng)的土質(zhì)的影響更為明顯。